WO1993005006A1 - Verfahren zum herstellen von acetol - Google Patents

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WO1993005006A1
WO1993005006A1 PCT/EP1992/001904 EP9201904W WO9305006A1 WO 1993005006 A1 WO1993005006 A1 WO 1993005006A1 EP 9201904 W EP9201904 W EP 9201904W WO 9305006 A1 WO9305006 A1 WO 9305006A1
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glycerol
acetol
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water
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Theo Fleckenstein
Gerd GÖBEL
Klaus Haberlandt
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Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C45/00Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds
    • C07C45/51Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by pyrolysis, rearrangement or decomposition
    • C07C45/52Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by pyrolysis, rearrangement or decomposition by dehydration and rearrangement involving two hydroxy groups in the same molecule

Definitions

  • the invention relates to a method for producing acetol by dehydrating glycerol at higher temperatures.
  • Acetol or hydroxyacetone is used, among other things, as a reducing agent in dyeing with vat dyes (magazine "textile practice international” 1989, page 737). It is also a starting material for heterocycle syntheses and can be used, for example, for the fermentative production of R - (-) - 1,2-propanediol (DE 3830253 A1).
  • the invention is therefore based on the object of improving the method mentioned at the outset so that it can be used industrially and enables considerably higher yields and conversions.
  • the reaction mixture should mainly contain acetol and water and only minor amounts of by-products.
  • This object is achieved in that glycerol is reacted with a heterogeneous hydrogenation / dehydrogenation catalyst containing an element of the 1st and / or 8th subgroup at temperatures between 180 and 400 ° C. to give acetol and water.
  • the conversion of glycerol is between 85 and 99.8% and the selectivity for acetol is surprisingly high between 60 and 85%. Relatively high space-time yields are achieved. Propanediol is also formed as an intermediate in smaller quantities. Glycerol oligomers are undetectable. The other disadvantages of the known method mentioned above also do not occur according to the invention.
  • Sales and selectivity are particularly high when anhydrous Gly- cerin is used. Even better results are obtained if the glycerol used is diluted with a short-chain secondary alcohol, in particular isopropanol. This can be easily separated from the reaction mixture.
  • reaction be carried out at temperatures between 240 and 300 ° C, in particular at about 280 ° C.
  • the catalyst preferably contains copper, in particular copper or copper oxide finely divided on a support. Also, the use of copper chromite, copper zinc oxide, copper silicate, copper-aluminum oxide 1, or combinations thereof, possibly with promoters is vor ⁇ geous.
  • the catalyst is present as a fixed bed.
  • the liquid throughput per hour and catalyst volume is between 0.1 and 10 h _1 .
  • the reaction temperature can be controlled and adjusted particularly well if the process is carried out in a tubular reactor. However, the use of other types of reactions is also possible.
  • unreacted glycerol and, if appropriate, the added short-chain secondary alcohol are returned to the feed product.
  • Example 1 Exemplary embodiments of the invention are described in more detail below. However, the invention is not restricted to these examples.
  • Example 1
  • One liter of catalyst (type Cu-Chromit r 0203T, tablets with a diameter and thickness of 4 mm, product from Engelhard) were placed in a steel reaction tube heated by thermal oil, dried and with 1% hydrogen in nitrogen at a temperature between 150 ° C and 200 ° C reduced. The catalyst was then heated to 260 ° C. under a nitrogen flow of 0.5 Nm 3 / h. 310 ml of aqueous glycerol with 80% by weight of glycerol was metered in at LHSV of 0.25 h "l using a pump via a preheater. The test was carried out without pressure, ie at atmospheric pressure. The reaction mixture obtained was cooled. The condensed out components were caught in a separator.
  • the reaction mixture contained in% by weight: 13.5% unreacted glycerol, 30.1% acetol, 4.0% propanediol, 12.7% unidentified water-soluble components and 34% water.
  • the test was carried out as in Example 1. However, the temperature was raised to 280 ° C.
  • the reaction mixture contained in% by weight: 7.2% unreacted glycerol, 36.4 H acetol, 3.6% propanediol, 11.5% unidentified, water-soluble components and 35% water.
  • Example 4 The test was carried out as in Example 1. But 1000 ml / h of 80% aqueous glycerol was metered in. The analysis showed in% by weight: 9.9% unreacted glycerol, 24.8% acetol, 7.4% propanediol, 6.6% unidentified, water-soluble components and 38% water.
  • Example 4
  • Example 2 Under otherwise the same conditions as in Example 1, the mixture was heated to 280 ° C. and 1000 ml of 80% glycerol were used. The analysis showed 9.0% glycerol, 30.7% acetol, 4.8% propanediol, 8.7% unidentified components and 38% water.
  • Example 2 Under otherwise the same conditions as in Example 1, the mixture was heated to 300 ° C. and 310 ml of 80% aqueous glycerol were used. The analysis showed in% by weight: 0.3% glycerol; 18.5% acetol; 1.3% propanediol; 9.3% unidentified water soluble components and 41.3% water.
  • Reaction mixture composition (% by weight)
  • Reaction mixture composition (% by weight)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Acetol durch Dehydratisieren von Glycerin bei höheren Temperaturen. Als industriell einsetzbares Verfahren mit hohen Ausbeuten und Umsätzen wird vorgeschlagen, daß Glycerin mit einem heterogenen, ein Element der ersten und/oder achten Nebengruppe enthaltenden Hydrier-/Dehydrierkatalysator bei Temperaturen zwischen 180 und 400 °C zu Acetol und Wasser umgesetzt wird.

Description

Verfahren zum Herstellen von Acetol
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Acetol durch Dehydratisieren von Glycerin bei höheren Temperaturen.
Acetol oder Hydroxyaceton wird unter anderem als Reduktionsmittel beim Färben mit Küpenfarbstoffen verwendet (Zeitschrift "textil praxis international" 1989, Seite 737). Es ist ferner ein Ausgangs¬ stoff für Heterocyclensynthesen und kann beispielsweise zum fermentativen Herstellen von R-(-)-l,2-Propandiol verwendet werden (DE 3830253 AI).
In technischem Maßstab wird Acetol hauptsächlich durch katalytische
Oxidation, ausgehend von 1,2-Propandiol (Chem. Eng. News 43
(1965)) oder durch Dehydrierung von 1,.2-Propandiol gewonnen (DE 23 13 957 B).
Wirtschaftlich interessant wäre jedoch auch ein Verfahren, das von Glycerin als Ausgangsstoff ausgeht. Bekannt ist die Dehydratisierung von Glycerin bei Temperaturen zwischen 430 und 450 °C ("Liebigs An- nalen der Chemie", 1904, Band 335, Seiten 209 bis 223). Dabei wird Glycerin langsam durch eine mit Bimsstein gefüllte erhitzte Röhre geleitet. Der Versuch dauert bei einem Einsatz von 250 g Glycerin ungefähr 16 Stunden. Man erhält viel Graphit und ein braungefärbtes Destillat, das AcetoT, Wasser, Formaldehyd, Acetaldehyd, Acrolein, nicht umgesetztes Glycerin und andere Stoffe enthält. Eine fraktio¬ nierte Destillation ist notwendig, um aus dem Reaktionsgemisch wä߬ riges Acetol bzw. fast wasserfreies Acetol zu gewinnen. Ein solches Verfahren eignet sich nicht für den großtechnischen Einsatz. Nur 73 % des eingesetzten Glycerins werden umgesetzt und nur 7,5 % Acetol findet sich schließlich im Reaktionsgemisch, wie den im Ar¬ tikel genannten Zahlen entnommen werden kann. Ferner verläuft die Reaktion sehr langsam.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs ge¬ nannte Verfahren zu verbessern, so daß es industriell einsetzbar ist und erheblich höhere Ausbeuten und Umsätze ermöglicht. Im Reakti¬ onsgemisch sollen hauptsächlich Acetol und Wasser und nur geringfü¬ gige Mengen an Nebenprodukten vorhanden sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Glycerin mit einem heterogenen, ein Element der 1. und/oder 8. Nebengruppe ent¬ haltenden Hydrier-/Dehydrierkatalysator bei Temperaturen zwischen 180 und 400 °C zu Acetol und Wasser umgesetzt wird.
Der Umsatz von Glycerin liegt zwischen 85 und 99,8 % und die Selek¬ tivität zu Acetol liegt überraschend hoch zwischen 60 und 85 %. Es werden relativ hohe Raumzeitausbeuten erreicht. Propandiol wird als Zwischenprodukt in kleineren Mengen ebenfalls gebildet. Glycerin- oligomere sind nicht nachweisbar. Auch die anderen oben genannten Nachteile des bekannten Verfahrens treten erfindungsgemäß nicht auf.
Umsätze und Selektivität sind besonders hoch, wenn wasserfreies Gly- cerin eingesetzt wird. Noch bessere Ergebnisse erhält man, wenn das eingesetzte Glycerin mit einem kurzkettigen sekundären Alkohol, ins¬ besondere Isopropanol verdünnt ist. Dieses ist aus dem Reaktions¬ gemisch leicht abtrennbar.
Insbesondere wird vorgeschlagen, daß die Reaktion bei Temperaturen zwischen 240 und 300 °C, insbesondere bei etwa 280 °C durchgeführt wird.
Vorzugsweise enthält der Katalysator Kupfer, insbesondere auf einem Träger feinverteiltes Kupfer oder Kupferoxid. Auch die Verwendung von Kupferchromit, Kupfer-Zinkoxid, Kupfersilikat, Kupfer-Aluminium-1 oxid oder Kombinationen davon, eventuell mit Promotoren, ist vor¬ teilhaft.
Aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten ist es interessant, daß das Verfahren bei Drücken unter 20 bar durchgeführt wird.
Insbesondere für den industriellen Einsatz ist es vorteilhaft, wenn der Katalysator als Festbett vorliegt. Der Flüssigkeitsdurchsatz pro Stunde und Katalysatorvolumen liegt dabei zwischen 0,1 und 10 h_1. Die Reaktionstemperatur läßt sich besonders gut steuern und ein¬ stellen, wenn das Verfahren in einem Röhrenreaktor durchgeführt wird. Aber auch die Verwendung anderer Reaktionstypen ist möglich.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden nichtumge- setztes Glycerin und gegebenfalls der zugegebene kurzkettige sekun¬ däre Alkohol zum Einsatzprodukt zurückgeführt.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher be¬ schrieben. Die Erfindung ist aber nicht auf diese Beispiele be¬ schränkt. B e i s p i e l 1
Ein Liter Katalysator (Typ Cu-Chromitr 0203T, Tabletten mit 4 mm Durchmesser und Dicke, Produkt der Fa. Engelhard) wurden in ein ther- malölbeheiztes Reaktionsrohr aus Stahl eingefüllt, getrocknet und mit 1 % Wasserstoff in Stickstoff bei einer Temperatur zwischen 150 °C und 200 °C reduziert. Anschließend wurde der Katalysator unter einem Stickstoffström von 0,5 Nm3/h auf 260 °C aufgeheizt. 310 ml wäßriges Glycerin mit 80 Gew.-% Glycerinanteil wurde bei LHSV von 0,25 h"l mit einer Pumpe über einen Vorerhitzer zudosiert. Der Ver¬ such wurde drucklos, d.h. bei Atmosphärendruck durchgeführt. Das erhaltene Reaktionsgemisch wurde abgekühlt. Die auskondensierten Bestandteile wurden in einem Abscheider aufgefangen.
Das Reaktionsgemisch enthielt in Gew.-%: 13,5 % nicht umgesetztes Glycerin, 30,1 % Acetol, 4,0 % Propandiol, 12,7 % nicht identifi¬ zierte, wasserlösliche Komponenten und 34 % Wasser.
B e i s p i e 2
Der Versuch wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt. Allerdings wurde auf 280 °C aufgeheizt. Das Reaktionsgemisch enthielt in Gew.-%: 7,2 % nicht umgesetztes Glycerin, 36,4 H Acetol, 3,6 % Propandiol, 11,5 % nicht identifizierte, wasserlösliche Komponenten und 35 % Wasser.
B e i s p i e l 3
Der Versuch wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt. Aber es wurde 1000 ml/h 80 %iges wäßriges Glycerin zudosiert. Die Analyse ergab in Gew.-%: 9,9 % nicht umgesetztes Glycerin, 24,8 % Acetol, 7,4 % Pro¬ pandiol, 6,6 % nicht identifizierte, wasserlösliche Komponenten und 38 % Wasser. B e i s p i e l 4
Unter sonst gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 wurde auf 280 °C aufgeheizt und 1000 ml 80 %iges Glycerin eingesetzt. Die Analyse ergab 9,0 % Glycerin, 30,7 % Acetol, 4,8 % Propandiol, 8,7 % nicht identifizierte Komponenten und 38 % Wasser.
B e i s p i e l 5
Unter sonst gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 wurde auf 300 °C aufgeheizt und 310 ml 80 %iges wäßriges Glycerin eingesetzt. Die Analyse ergab in Gew.-%: 0,3 % Glycerin; 18,5 % Acetol; 1,3 % Propandiol; 9,3 % nicht identifizierte wasserlösliche Komponenten und 41,3 % Wasser.
B e i s p i e l e b i s 1 1
Unter sonst gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 wurde 99,5 %iges Glycerin eingesetzt und bei verschiedenen Temperaturen und Durchsätzen umgesetzt. Die Analysenergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.
B e i s p i e l e 12 b s 14
Unter sonst gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 wurde 99,5 %iges Glycerin mit Isopropanol im Gewichtsverhältnis 80 : 20 verdünnt und bei verschiedenen Temperaturen und Durchsätzen umgesetzt. Die Analysenergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt. Tabel le 1
Einsatz: Glycerin (99,5 Gew.-V)
Beispiel 6 7 8 9 10 11
Durchsätze (ml/h)
Glycerin 250 800 800 250 250 800
LHSV (1/h) 0,25 0,8 0,8 0,25 0,25 0,8
Reaktions¬ temperatur (°C) 300 300 280 280 260 260
Zusammensetzung Reaktionsgemisch (Gew.-%)
Glycerin < 0,2 0,6 1,0 0,5 1,7 3,1
Acetol 29,6 38,0 42,8 46,0 47,6 43,6
1,2-Propandiol 1,4 2,5 3,2 2,2 3,6 6,3
Wasser 26,1 25,1 25,4 23,3 23,0 24,4
nicht identifizier- 12,0 8,5 3,9 5,5 5,4 4,4 te wasserlösliche
Komponenten
Rest 30,7 25,6 23,7 23,5 18,7 18,3 Tabel le 2
Einsatz: Glycerin (80 Gew.-%) / i-Propanol (20 Gew.-%)
Beispiel 12 13 14
Durchsätze (ml/h)
Glycerin 250 250 320 i-Propanol 60 60 80
LHSV (1/h) 0,25 0,25 0,32
Reaktionstem¬ peratur (°C) 280 ' 300 300
Zusammensetzung Reaktionsgemisch (Gew.-%)
Glycerin < 0,2 < 0,2 < 0,2
Acetol 53,6 51,1 52,2
1,2-Propandiol 1,8 1,5 1,4
i-Propanol 8,1 8,2 9,6
Wasser 18,4 19,4 19,6
nicht identifizier¬ te wasserlösliche Komponenten 7,4 8,8 6,4
Rest 10,8 10,8 10,6

Claims

P a t en t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Herstellen von Acetol durch Dehydratisieren von Glycerin bei höheren Temperaturen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Glycerin mit einem heterogenen, ein Element der 1. und/oder . 8. Nebengruppe enthaltenden Hydrier-/Dehydrierkatalysator bei Temperaturen zwischen 180 und 400 °C zu Acetol und Wasser umge¬ setzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß wasserfreies Glycerin eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a du r c h g e k e n n z e c h n e t, daß das eingesetzte Glycerin mit einem kurzkettigen sekundären Alkohol, insbesondere Isopropanol verdünnt ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a du r ch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Reaktion bei Temperaturen zwischen 240 und 300 °C, ins¬ besondere bei etwa 280 °C durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, daß der Katalysator Kupfer, insbesondere auf einem Träger fein¬ verteiltes Kupfer oder Kupferoxid enthält.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß es bei Drücken unter 20 bar durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Katalysator als Festbett vorliegt und der Flüssigkeits¬ durchsatz pro Stunde und Katalysatorvolumen zwischen 0,1 und 10 h"1 liegt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß nichtu gesetztes Glycerin und gegebenfalls der zugegebene kurzkettige sekundäre Alkohol zum Einsatzprodukt zurückgeführt werden.
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